JP2018162919A

JP2018162919A - 助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法

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Publication number: JP2018162919A
Application number: JP2017060388A
Authority: JP
Inventors: 善広三輪; Yoshihiro Miwa; 堤　康一; Koichi Tsutsumi; 康一堤; 鷲見　郁宏; Ikuhiro Sumi; 郁宏鷲見
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: JP6624140B2

Abstract

【課題】燃料の一部に固体燃料を用いる助燃バーナーを備えた電気炉の操業において、固体燃料の燃焼性を損なうことなく、助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損を軽減することができる操業方法を提供する。【解決手段】気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための噴射管を有する助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であって、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時に、前記複数の噴射管のうちの少なくとも一部の噴射管からパージガスを噴射することにより、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるようにする。これにより、炉内溶融物の付着による助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損を軽減する。【選択図】図１

Description

本発明は、助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であって、助燃バーナーの使用形態に特徴を有する電気炉の操業方法に関するものである。

電気炉を使用して鉄系スクラップを溶解する場合、電極周辺の鉄系スクラップは早く溶けるが、電極から離れた場所、すなわちコールドスポットにある鉄系スクラップは溶解が遅く、炉内の鉄系スクラップの溶解速度に不均一が生じる。このため、炉内全体の操業時間は、コールドスポットの鉄系スクラップの溶解速度に律速されていた。
そこで、このような鉄系スクラップの溶解速度の不均一性を解消し、炉内全体の鉄系スクラップをバランス良く溶解させるべく、コールドスポットの位置に助燃バーナーを設置し、この助燃バーナーでコールドスポットに位置する鉄系スクラップの予熱、切断、溶解を行う方法が採られるようになってきた。

このような助燃バーナーとして、例えば、特許文献１には、中心部から不燃物の飛散用及び鉄系スクラップのカッティング用酸素ガスを噴出し、この酸素ガスの外周部から燃料を、さらにこの燃料の外周部から燃焼用酸素ガスを噴出するために三重管構造としたバーナーであって、中心部から噴出する酸素ガスの速度を高速とするために、中心部の酸素ガス噴出管の先端に絞り部を設けるとともに、最外周から噴出する燃焼用酸素ガスに旋回力を付与するために、燃料噴出管と燃焼用酸素ガス噴出管とで形成される環状空間に旋回羽根を設置した電気炉用高速純酸素助燃バーナーが提案されている。

また、特許文献２には、助燃バーナーのノズル先端を偏心させ、バーナーを回動させることでバーナー火炎の指向性を広範囲へ拡大させる電気炉用バーナー設備が提案されている。
また、特許文献３には、中心部の燃料噴出管と、その外周部に配置した酸素ガス噴出管とを備える電気炉用助燃バーナーであって、その吐出流速が４０ｍ／ｓ以上であり、かつ下記（i）式を満たす助燃バーナーが提案されている。
Ｌ／Ｄ≧−０．０３３×Ｖ＋３．３４１ …（i）
但しＬ：酸素ガス噴出管の引き込み代（ｍｍ）
Ｄ：バーナー先端部の内径（ｍｍ）
Ｖ：バーナーの吐出流速（ｍ／ｓ）

特開平１０−９５２４号公報特開２００３−４３８２号公報特開２０１２−１７２８６７公報

特許文献１〜３に記載された技術を用いることで、助燃バーナーを用いてスクラップを効率よく予熱、溶解することができるが、助燃バーナーを備えた電気炉の操業では、以下のような要因で助燃バーナーの先端部（以下の説明においては「ノズル先端」という場合がある。）が詰まりや溶損を生じやすいという問題がある。すなわち、スクラップ装入時にスプラッシュが飛散して助燃バーナーのノズル先端に付着し、その結果、ノズル先端の溶損や閉塞が生じてしまう。また、操業によっては、スラグフォーミングによって見かけの密度が下がってスラグ高さが上昇し、助燃バーナー設置位置まで到達する場合があり、結果としてスラグ（地金）がノズル先端に付着し、ノズル先端の溶損や閉塞が生じてしまう。ここで、スラグフォーミングとは、酸化鉄を還元するためにカーボンインジェクションが行われ、吹き込まれたカーボンと過剰酸素が反応し、ＣＯガスを発生してスラグが泡立つ現象である。

特に微粉炭のような固体燃料を使用する助燃バーナーの場合、一旦ノズル先端の閉塞や溶損が起きると固体燃料の搬送・噴射が困難となり、助燃バーナーとしての機能を果たせなくなる。電気炉の操業は連続的に行われるため、操業の途中で助燃バーナーのノズル先端に詰まりや溶損が生じても、助燃バーナーを取り外してメンテナンスすることができない。このため助燃バーナーは、電気炉の操業中に上記のようなノズル先端の溶損や閉塞が生じないことが重要である。
また、ノズル先端にスプラッシュなどの炉内溶融物が付着しないようにするために、特許文献３の助燃バーナーのように吐出ガス流速を高める対策が考えられるが、固体燃料を使用する助燃バーナーの場合、単純に吐出ガス流速が高くなるような設計、例えばラバールノズル構造のような設計にすると、吐出流速が速いために固体燃料が十分に昇温されず、失火してしまうおそれがあり、また、ラバールノズル構造にすることで、固体燃料の搬送流路が狭くなり、詰まりが生じるおそれもある。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、燃料の一部に固体燃料を用いる助燃バーナーを備えた電気炉の操業において、固体燃料の燃焼性を損なうことなく、助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損を軽減することができる電気炉の操業方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、燃料の一部に固体燃料を用いる助燃バーナーの使用条件について検討を重ねた結果、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時（特にスクラップ装入時、スクラップ溶け落ち時、スラグ排滓時、溶鉄出鋼時などのようにノズル先端にスプラッシュなどの炉内溶融物が付着しやすい時間帯）に、助燃バーナーからパージガスを噴射することでバーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を防止することにより、助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損を適切に軽減できることを見出し、さらに、このパージガスの吐出ガス流速を最適化することにより、ノズル閉塞やノズル先端の溶損をより効果的に軽減できることを見出した。また、この方法によれば、ラバールノズル構造のようなノズル設計にする必要がないため、助燃バーナーで使用される固体燃料の燃焼性を十分確保することができ、助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損が効果的に軽減されることと相俟って、電気炉を効率よく操業することができる。

本発明は、上記のような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための噴射管を有する助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であって、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時に、前記複数の噴射管のうちの少なくとも一部の噴射管からパージガスを噴射することにより、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるようにしたことを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
［2］上記［1］の操業方法において、少なくとも固体燃料の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
［3］上記［1］の操業方法において、全部の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。

［4］上記［1］〜［3］のいずれかの操業方法において、下記（1）式で定義される吐出ガス流速比Ｖｒが０．５〜２．１を満足する吐出ガス流速でパージガスを噴射することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。

［5］上記［4］の操業方法において、吐出ガス流速比Ｖｒが０．８〜１．２を満足する吐出ガス流速でパージガスを噴射することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの操業方法において、助燃バーナーは、中心側から順に、固体燃料の噴射管、気体燃料の噴射管、支燃性ガスの噴射管が同芯状に配された構造を有することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの操業方法を実施しつつ、電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得ることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。

本発明によれば、助燃バーナーのバーナー先端部への炉内溶融物の付着が抑えられるため、助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損を適切に軽減することができる。さらに、このパージガスの吐出ガス流速を最適化することにより、ノズル閉塞やノズル先端の溶損をより効果的に軽減することができる。このため本発明によれば、助燃バーナーのメンテナンス性が高まることにより、バーナーの保全等のコストを大幅に削減することができ、また、ノズル閉塞などによる操業トラブルの発生を防止することができる。さらに、本発明では、助燃バーナーをラバールノズル構造のようなノズル設計にする必要がないため、助燃バーナーで使用される固体燃料の燃焼性を十分確保することができ、微粉炭などの安価な固体燃料を用いて、鉄系スクラップを効率よく加熱又は溶解することができる。このため、助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損が軽減されることと相俟って、電気炉を効率よく操業することができ、電気炉の生産性を向上させることができる。

本発明法で使用する助燃バーナーの一実施形態を模式的に示す縦断面図本発明法の実施状況の一例（電気炉半径方向での縦断面）を模式的に示す説明図実施例で使用した電気炉における助燃バーナーの設置位置の概略を示す説明図助燃バーナーの先端部に炉内溶融物が付着し、ノズル閉塞とノズル先端の溶損が生じた状況の一例を模式的に示す説明図助燃バーナーの先端部に炉内溶融物が付着し、ノズル閉塞とノズル先端の溶損が生じた状況の他の例を模式的に示す説明図

本発明は、助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であり、この電気炉の操業では鉄系スクラップ（以下、説明の便宜上、単に「スクラップ」という）を溶解して溶鉄を製造する。本発明で使用する助燃バーナーは、燃料として気体燃料と固体燃料を用いるものであり、気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための噴射管（複数の噴射管）を有する。
図１は、本発明で使用する助燃バーナーの一実施形態を模式的に示す縦断面図であり、この助燃バーナーは、気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための同芯状に配された複数の噴射管を有している。

図１の助燃バーナーにおいて、燃料及び支燃性ガス供給用の本体部分は、３つの管体が同芯状に配された３重管構造となっている。すなわち、この３重管構造は、中央部の固体燃料噴射管１と、その外側に配された気体燃料噴射管２と、さらにその外側に配された支燃性ガス噴射管３で構成されている。固体燃料噴射管１は、その内部が固体燃料流路１０を構成し、気体燃料噴射管２は、固体燃料噴射管１との間の空間部が気体燃料流路２０を構成し、支燃性ガス噴射管３は、気体燃料噴射管２との間の空間部が支燃性ガス流路３０を構成している。固体燃料流路１０、気体燃料流路２０及び支燃性ガス流路３０は、それぞれ先端が開放され、それらの開放端がそれぞれリング状の固体燃料吐出口１１（噴射口）、気体燃料吐出口２１（噴射口）、支燃性ガス吐出口３１（噴射口）を構成している。

バーナー後端側において、支燃性ガス噴射管３には、支燃性ガス流路３０に支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給口３２が設けられている。同じく気体燃料噴射管２には、気体燃料流路２０に燃料を供給するための気体燃料供給口２２が設けられている。同じく固体燃料噴射管１には、固体燃料流路１０に搬送ガスを介して固体燃料を供給するための固体燃料供給口１２が設けられている。
また、図示しないが、支燃性ガス噴射管３の外側には、さらに内側管体と外側管体が同芯状に配され、それら外側管体と内側管体との間と、内側管体と支燃性ガス噴射管３との間に、相互に連通した冷却流体用流路（冷却流体の往路及び復路）を形成している。
なお、通常、３重管構造の各噴射管間にはスペーサ（図示せず）が配置され、各噴射管間の間隔が保持される。

このような助燃バーナーでは、バーナー使用時には固体燃料噴射管１からは固体燃料（及び搬送気体）が、気体燃料噴射管２からはＬＮＧなどの気体燃料が、支燃性ガス噴射管３からは酸素などの支燃性ガスがそれぞれ噴射され、気体燃料と支燃性ガスの燃焼により固体燃料の着火温度以上の燃焼場が作られ、この燃焼場に固体燃料が送り込まれることで着火温度まで温度上昇し、固体燃料が燃焼（気化→着火）する。

助燃バーナーに使用される気体燃料としては、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）、水素、製鉄所副生ガス（Ｃガス、Ｂガス等）、これらの２種以上の混合ガスなどが挙げられる。また、固体燃料としては、例えば、石炭（微粉炭）、プラスチック（粒状又は粉状のもの。廃プラスチックを含む）などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができるが、石炭（微粉炭）が特に好ましい。また、支燃性ガスとしては、純酸素（工業用酸素）、酸素富化空気、空気のいずれを用いてもよいが、スクラップを溶解させる場合には純酸素を用いることが好ましい。また、固体燃料の搬送気体としては、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガスや空気などの１種以上を用いることができるが、一般的には燃料の自己発火防止のために窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。

図２は、本発明法の実施状況の一例（電気炉の半径方向での縦断面）を模式的に示すものであり、７は炉体、８は電極、９は助燃バーナー、ｘはスクラップである。助燃バーナー９は、適当な伏角をもって設置される。このような助燃バーナー９は、電気炉内のいわゆるコールドスポットにあるスクラップを加熱又は溶解できるように、通常、複数基設置される。電気炉の操業では、スクラップの溶解量が多い場合は、当然のこととして、バーナー出力を大きくする必要があるが、安定した火炎を供給するためには、それに応じたガス流量や冷却構造が必要となるため、バーナー出力を大きくするのにも自ずと限界がある。このため必要とされるスクラップ溶解量に応じて、複数の助燃バーナーを設置するのが好ましい。

以上のような助燃バーナーを用いる電気炉の操業では、バーナーの使用停止時（例えばスクラップ装入時など）にスプラッシュの飛散などにより炉内溶融物がバーナー先端部に付着し、ノズル閉塞やノズル先端の溶損が生じる。図４及び図５は、そのような炉内溶融物の付着によりノズル閉塞及びノズル先端の溶損を生じた状況を模式的に示したものである。このうち図４では、バーナー先端部に付着した炉内溶融物（スラグ）により固体燃料用のノズル先端（固体燃料噴射管１の先端）がほぼ完全に閉塞して固体燃料の供給が不可能となり、また、ノズル先端の溶損も生じている。一方、図５では、バーナー先端部に付着した炉内溶融物（スラグ）による固体燃料の供給トラブルはないものの、ノズル閉塞及びノズル先端の溶損を生じている。

このような問題に対して本発明では、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時に、助燃バーナーの複数の噴射管のうちの少なくとも一部の噴射管からパージガスを噴射することにより、バーナー先端部近傍の炉内溶融物（換言するとスプラッシュやスラグフォーミングなどによってバーナー先端部に接近する炉内溶融物）をバーナー前面からガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるようにするものである。
パージガスの種類は特に制限はなく、ユーティリティの関係や酸欠防止対策などを考慮してガスの種類を適宜選定すればよいが、通常は窒素又は空気が用いられる。
また、パージガスはバーナーを構成する任意の噴射管から噴射することができるが、固体燃料噴射管１はノズル閉塞が特に生じやすく、また、そのノズル閉塞は操業トラブルになりやすいことから、少なくとも固体燃料噴射管１からパージガスを噴射することが好ましく、さらに、全部の噴射管（固体燃料噴射管１、気体燃料噴射管２及び支燃性ガス噴射管３）からパージガスを噴射することがより好ましい。

また、パージガスの噴射によって、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をより確実にガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるには、パージガスのガス吐出流速を最適化することが好ましい。具体的には、下記（1）式で定義される吐出ガス流速比Ｖｒが０．５〜２．１を満足する吐出ガス流速でパージガスを噴射する（高速パージする）ことが好ましい。

ここで、助燃バーナーの噴射管（固体燃料噴射管１、気体燃料噴射管２及び支燃性ガス噴射管３）から噴射されるパージガスの適正吐出ガス流速ｖ_ｔｈは、上記（2）式で計算される。パージガスの適正吐出ガス流速ｖ_ｔｈは、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるための適正なパージ流速の計算値を表しており、一方、パージガスの吐出ガス流速ｖ_ｇは、実際に操業を行うパージ流速を表している。したがって、ｖ_ｇ／ｖ_ｔｈは、適正なパージ流速の計算値に対する実操業値の比率を表している。

吐出ガス流速比Ｖｒが０．５未満では、パージガス流速が十分でないため、バーナー先端部近傍の炉内溶融物を適切にガスパージできず、炉内溶融物がバーナー先端部に付着してノズル閉塞などを生じるおそれがある。一方、スプラッシュなどの炉内溶融物をガスパージする観点からは、吐出ガス流速比Ｖｒは大きい方が好ましいが、吐出ガス流速比Ｖｒが２．１を超えると流速が過大となり、操業コストの上昇を招く。また、通常のノズル構造ではパージガス流速に限界があるため、ノズル形状を抜本的に変更する必要が生じるなどの懸念もある。以上の理由から、吐出ガス流速比Ｖｒは０．５〜２．１が好ましく、０．８〜１．２がより好ましい。
ここで、吐出ガス流速ｖ_ｇと適正吐出ガス流速ｖ_ｔｈは、ノズル先端（吐出口）での流速であり、吐出ガス流速ｖ_ｇは実操業中にパージした吐出ガス流量とノズル先端の断面積を除して計算される。

また、パージガスの噴射を行うのは、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時であり、具体的には、スプラッシュなどが生じやすいスクラップ装入及び追装時、スクラップ溶け落ち時（溶け落ち後の時間帯）、スラグ排滓時及び溶鉄出鋼時などである。なお、パージガス流速を適切に設定することで、高速パージによる溶鉄温度の低下を抑えることができる。
本発明では、上述したような助燃バーナーを用いるとともに、バーナー使用停止時間帯にパージガスの噴射を行うことで、微粉炭などの固体燃料を用いて鉄系スクラップを効率よく加熱または溶解することができ、しかも助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損が軽減され、バーナーのメンテナンス性が良くなり、保全の効率化を図ることができる。

図１に示す構造の助燃バーナーを設置した電気炉で試験を行った。図３に、試験を行った電気炉の水平断面を模式的に示す。この電気炉は、炉径が約６．３ｍ、炉高が約４．１ｍ、Ｔａｐ容量が約１２０トンであり、中心に電極が１本ある直流タイプである。助燃バーナーは、炉体周方向において、溶鉄出鋼側に２箇所（バーナー（1）、バーナー（2））、スラグ排滓側に２箇所（バーナー（3）、バーナー（4））の計４箇所に設置した。
助燃バーナーの燃料にはＬＮＧ（気体燃料）と微粉炭（固体燃料）を用い、支燃性ガスには酸素を用い、中心の固体燃料噴射管から窒素を搬送気体として微粉炭を噴射するとともに、その外側の気体燃料噴射管からＬＮＧを、その外側（最外周）の支燃性ガス噴射管から酸素を、それぞれ噴射した。この助燃バーナーの出力及び使用条件を表１に示す。微粉炭とＬＮＧのエネルギー比率は、微粉炭：ＬＮＧ＝９０：１０とした。また、微粉炭としては、表２に示す成分、低位発熱量、粒度のＭＤＴを用いた。

電気炉の操業中であって助燃バーナーを消火しているバーナー使用停止時間帯、具体的にはスクラップ装入及び追装時、スクラップ溶け落ち時（溶け落ち後の時間帯）、スラグ排滓時及び溶鉄出鋼時に、助燃バーナーの各噴射管（固体燃料噴射管１、気体燃料噴射管２及び支燃性ガス噴射管３）からパージガス（窒素）を噴射した。
この実施例のスラグ原単位は１２０ｋｇ／ｔｏｎ溶鉄であり、この条件での適正吐出ガス流速ｖ_ｔｈは（2）式より８５．２ｍ／ｓと算出される。この適正吐出ガス流速ｖ_ｔｈに対して吐出ガス流速ｖ_ｇを変えることで、種々の吐出ガス流速比Ｖｒでパージガス（窒素）の噴射を行った。電気炉の操業は１日あたり９〜１１ｃｈ実施され、その日の操業が終わり次第、助燃バーナーを電気炉の炉体から取り出し、ノズル先端の状態を確認した。本実施例における助燃バーナーのメンテナンス性、操業性、コストを評価した結果を、パージガスの吐出ガス流速比Ｖｒとともに表３に示す。

表３において、助燃バーナーのメンテナンス性はノズルの閉塞率で評価し、ノズル閉塞が全くなければ“〇”とした。また、操業に支障がない程度のノズル閉塞、具体的には、固体燃料噴射管１、気体燃料噴射管２及び支燃性ガス噴射管３の１つ以上において、ノズル先端の流路断面積に対して５％以下のノズル閉塞であれば“△”とした。一方、明らかに操業に支障がありメンテナンス・清掃が必要と判断されるノズルの閉塞、具体的には、固体燃料噴射管１、気体燃料噴射管２及び支燃性ガス噴射管３の１つ以上において、ノズル先端の流路断面積に対して５％超のノズル閉塞であれば“×”とした。助燃バーナーは４本設置しているため、それぞれの助燃バーナーのノズル先端の状態を確認した。

操業性の評価は、トラブルなく操業できれば“〇”とし、ノズルが閉塞し、微粉炭が搬送できなくなったなどの操業トラブルが生じた場合は“×”とした。
コストの評価は、コスト指数により行った。コスト指数とは、パージガスの噴射を行うことで生じるコストを、助燃バーナーを導入時の経済的メリットで除した指数であり、この指数が低いほど経済的メリットを享受できることを意味している。以下にコスト指数の計算方法を示す。

電気炉における助燃バーナーを用いた操業では、助燃バーナーで使用する燃料について、微粉炭のような安価な燃料でＬＮＧなどの高価な燃料の一部を代替することにより経済的メリットを享受できる。このため、まず、微粉炭＋ＬＮＧを燃料とする助燃バーナーを用いた操業を行うことによる経済的メリット（以下、説明の便宜上「微粉炭＋ＬＮＧバーナーによる経済的メリット」という）を以下の計算式で算出した。

ここで、ＬＮＧコストとは、ＬＮＧのみを燃料とする通常の助燃バーナーを用いた場合の操業コストであり、バーナー１本当たり２００Ｎｍ^３／ｈ、ＬＮＧ吹込み時間４０分／ｃｈ、ＬＮＧ単価７０円／Ｎｍ^３とすると、ＬＮＧコストは９３３３円／ｃｈとなる。また、微粉炭＋ＬＮＧコストとは、微粉炭＋ＬＮＧを燃料とする助燃バーナーを用いた場合の操業コストであり、本実施例においてはバーナー１本当たり微粉炭２４０ｋｇ／ｈ、ＬＮＧ２０Ｎｍ^３／ｈ、微粉炭＋ＬＮＧ吹込み時間４０分／ｃｈ、微粉炭単価２０円／ｋｇ（粉砕コスト含む）とすると、微粉炭＋ＬＮＧコストは４１３３円／ｃｈとなる。以上より、微粉炭＋ＬＮＧバーナーによる経済的メリットとしては、電気炉のＴａｐ容量１２０ｔｏｎ溶鉄／ｃｈとするとバーナー１本あたり４３.３円／ｔｏｎ溶鉄となる。

一方で本発明においては、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時にパージガス噴射を行うことでノズル閉塞を防止するものであるが、パージ流量を適切に設定せずに大量のパージを行うと、その分パージコストが増大してしまい、微粉炭＋ＬＮＧバーナーによる経済的メリットが減殺されてしまう。バーナー１本あたりのパージコストは以下の計算式で算出した。

ここで、適正パージ流量とは、吐出ガス流速比Ｖｒが１．０のときのパージ流量であり、本実施例においては、固体燃料噴射管、気体燃料噴射管、支燃性ガス噴射管の全てからパージを行い、その全流量は７００Ｎｍ^３／ｈとした。パージガス単価は窒素４．５円／Ｎｍ^３とし、パージ時間は３０分／ｃｈとした。以上より、吐出ガス流速比Ｖｒを１．０とすると、パージコストは１３．１円／ｔｏｎ溶鉄となり、Ｖｒを変更することでパージコストが増減する。
以上より、例えば、Ｖｒが１．０のときのパージコストを微粉炭＋ＬＮＧバーナーによる経済的メリットで除すとコスト指数は０．３０となる。

表３によれば、比較例１（Ｖｒ＝０．２）はパージガス流速が低いために炉内溶融物のガスパージが不十分であり、このためバーナー先端部への炉内溶融物の付着を適切に抑えることができず、バーナー（1）〜（4）の全てにおいて、操業中に微粉炭が供給できなくなるようなノズル閉塞が生じた。また、比較例２（Ｖｒ＝０．４）でも、スラグ排滓側のバーナー（3）、（4）において、比較例１と同様の理由で、操業中に微粉炭が供給できなくなるようなノズル閉塞が生じた。すなわち、比較例１、２では、パージガス流速が低いために炉内溶融物のガスパージが不十分であり、このためバーナー先端部への炉内溶融物の付着を適切に抑えることができず、ノズル閉塞による操業トラブルが生じた。

これに対して、発明例１〜９では、十分なパージガス流速でパージガスを噴射しているため、バーナー先端部近傍の炉内溶融物がバーナー前面からガスパージされ、バーナー先端部への炉内溶融物の付着が効果的に抑えられるため、操業トラブルが生じるようなノズル閉塞（及び溶損）は生じていない。
特にＶｒ＝０．８である発明例３、Ｖｒ＝１．０である発明例４、Ｖｒ＝１．２である発明例５は、いずれもメンテナンス性、操業性が全て“〇”の評価であり、コスト指数も低い。

一方、Ｖｒ＝１．５である発明例６、Ｖｒ＝２．０である発明例７、Ｖｒ＝２．１である発明例８は、ノズル閉塞がなく操業性に問題はないが、パージガス流量が多くなるため、コスト指数が若干高くなっている。なお、パージガス流量が多くなるとパージガスを大量に供給する設備やバーナー構造を変更する必要が生じるなど、設備上の対応が必要となる場合がある。
また、Ｖｒ＝３．０である発明例９は、ノズル閉塞がなく操業性に問題はないが、パージガス流量がさらに多くなり、パージガスの噴射に要するコストがさらに高くなるため、助燃バーナーによる経済メリットが他の発明例に較べて小さい。

１固体燃料噴射管
２気体燃料噴射管
３支燃性ガス噴射管
７炉体
８電極
９助燃バーナー
ｘ鉄系スクラップ
１０固体燃料流路
１１固体燃料吐出口
１２固体燃料供給口
２０気体燃料流路
２１気体燃料吐出口
２２気体燃料供給口
３０支燃性ガス流路
３１支燃性ガス吐出口
３２支燃性ガス供給口

Claims

気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための噴射管を有する助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であって、
電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時に、前記複数の噴射管のうちの少なくとも一部の噴射管からパージガスを噴射することにより、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるようにしたことを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
少なくとも固体燃料の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする請求項１に記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
全部の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする請求項１に記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
下記（1）式で定義される吐出ガス流速比Ｖｒが０．５〜２．１を満足する吐出ガス流速でパージガスを噴射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
吐出ガス流速比Ｖｒが０．８〜１．２を満足する吐出ガス流速でパージガスを噴射することを特徴とする請求項４に記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
助燃バーナーは、中心側から順に、固体燃料の噴射管、気体燃料の噴射管、支燃性ガスの噴射管が同芯状に配された構造を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
請求項１〜６のいずれかに記載の操業方法を実施しつつ、電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得ることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。